Статический Анализ Изображений Частиц Тонера

Тонеры-это красители для процессов электростатической печати. Они в основном используются в копировальных аппаратах и лазерных принтерах для создания печатного изображения на бумаге. Лазерные тонер-картриджи для использования в копировальных аппаратах и принтерах выпускаются в наборах голубого, пурпурного, желтого и черного цветов (CMYK палитра), что позволяет создавать очень большое разнообразие цветов путем смешивания (Рис. 1, слева). Тонер-это очень мелкий порошок, состоящий из частиц размером от 5 до 30 мкм. Из-за очень малого размера частиц порошок текуч и ведет себя как жидкость. Тонер состоит из синтетической смолы, пигментов, намагничиваемых оксидов металлов и различных вспомогательных веществ. Требования, предъявляемые к тонеру, очень высоки: с одной стороны, он должен соответствовать требованиям, предъявляемым к результату печати, с другой стороны, тонер должен прилипать к как можно большему количеству материалов, только не к самому устройству (фиксирующим роликам). Кроме того, он должен соответствовать техническим требованиям устройства, не должен принимать влагу и должен оставаться неизменным по своей консистенции до момента использования.

Пробоподготовка

Черный тонер и желтый тонер, как в виде порошка, так и в виде суспензии, были представлены для анализа (всего четыре образца, Рис. 1, справа). Из двух суспензий две капли были помещены на предметное стекло и накрыты покровным стеклом. Для неразбавленных образцов около 10% площади изображения было покрыто частицами, в результате чего было обнаружено много наложений (Рис. 3, слева). Поэтому образцы разбавляли до тех пор, пока не достигалась площадь покрытия 0,5 - 1%. Для разбавленных образцов почти все частицы хорошо отделены друг от друга, поэтому эффектом наложений можно пренебречь (Рис. 3, справа). Два образца порошкообразного тонера были диспергированы на предметном стекле с помощью модуля M-Jet (давление 70 кПа).

Таблица 1:
Типичные условия измерения для образцов тонера влажного / сухого при 20-кратном увеличении.

Результаты по размеру частиц: Обзор

В таблице 2 показаны процентили распределения Q3 при 10 %, 50% и 90 % (d10, d50, d90) для всех трех определений размера x_{c min}, x_area и x_{Fe max} Результаты для влажного и сухого измерения каждого цвета почти идентичны. Поэтому можно измерять тонер  как во влажном  так и сухом режиме. Однако концентрация жидкости не должна быть слишком высокой. Сухая пробоподготовка с помощью М-Jet работает так же хорошо, как и влажная дисперсия.

Таблица 2: 
d10, d50 и d90 всех четырех образцов, 20-кратное увеличение, определение размера x_{c min} x_area и x_{Fe max}

Сравнение с лазерной дифракцией

Лазерная дифракция является общепринятым методом измерения распределения частиц по размерам в диапазоне от менее 100 нм до 2 мм. Это очень универсальный метод, однако сообщаемый размер всегда основан на модели сферы, никакой информации о форме, длине или ширине частиц нет. Размерное разрешение, чувствительность и точность лучше подходят для анализа изображений. Рис. 8 показывает сравнение параметров xc min, xarea и xFe max полученных на CAMSIZER M1 с результатом лазерной дифракции. Кривая Q3 при лазерной дифракции находится между xcmin и xFe max и шире, чем xarea. Это очень характерно для корреляции между лазерным анализом и анализом изображений.

Рисунок 8: 
Графики размеров сухого черного образца CAMSIZER M1, x_{c min} (красный), x_area (зеленый) и x_{Fe max} (синий) и лазерной дифракции (черный *). Распределение, полученное в результате лазерной дифракции, шире, чем результат CAMSIZER M1. Лазерная дифракция вычисляет размер частиц на основе модели сферы. Таким образом, результат находится между измерением ширины и длины CAMSIZER M1.

Анализ Формы

Одновременно с измерением размера CAMSIZER M1 определяет форму частиц. Результат анализа формы может быть представлен в виде кумулятивного распределения (Q3). Круглые, изометрические или сферические частицы будут изображены на правой стороне диаграммы, более вытянутые, угловые или несферические частицы-на левой. Рис. 9 и 10 показывают соотношение сторон и округлости образца желтого и черного тонера в виде распределения Q3. Анализ формы показывает, что желтый тонер более сферичен, чем черный.

Рисунок 9: 
Форма графиков желтой жидкости (красная) и черной жидкости (синяя). Параметр формы соотношение сторон (b/l); x_{c min} делится на x_{Fe max.}

Рисунок 10: 
Форма графиков желтой жидкости (красная) и черной жидкости (синяя). Параметр формы округлость (RDNS_C).

Итого

Анализ размеров и формы всех четырех образцов тонера был проведен с помощью статического анализатора изображений CAMSIZER M1. Жидкие образцы были разбавлены (2-3 капли в 20 мл деионизированной воды). Сухие порошки были диспергированы на предметном стекле с помощью дисперсионного модуля M-Jet. Медиана составляет от 5,21 мкм до 6,31 мкм, а частицы желтого тонера немного меньше частиц черного тонера. Агломераты могут быть проигнорированы из измерения с помощью фильтра формы, основанного на параметре выпуклости (частицы conv < 0,97 игнорируются). Повторяемость отличная, как показано на Рис. 5. Полученные результаты могут быть подтверждены лазерным дифракционным анализом (Рис. 8). Анализ формы показывает, что желтые частицы тонера более компактны, имеют более высокую округлость и более высокое соотношение сторон, чем черные частицы тонера. Измерение при 50-кратном увеличении возможно, но приведет к увеличению времени измерения при анализе того же количества частиц.

Приложение: Параметры размера и формы CAMSIZER M1

На диаграммах ниже приведены наиболее часто используемые определения размеров и форм, используемые при анализе изображений с помощью систем CAMSIZER.

X_{c min}

X_{c min} "Ширина"

Лучше всего подходит для корреляции c ситовым анализом

X_area

X_area "Диаметр окружности с одинаковой площадью проекции"

x_{Fe max}

X_{Fe max} "Длина"